Caros Leitores;
Imagens da luz óptica emitida pelas estrelas de 16 galáxias da simulação TNG50. Cada galáxia é vista de frente ou de cima (subpainéis superiores) e de borda ou lateral (subpainéis inferiores). Crédito: D. Nelson (MPA) e a equipe IllustrisTNG. Atribuição do tipo de licença (CC BY 4.0)
Cientistas da Alemanha e dos Estados Unidos revelaram os resultados de uma simulação de última geração, recém-concluída, da evolução das galáxias. O TNG50 é a simulação cosmológica em larga escala mais detalhada ainda. Ele permite que os pesquisadores estudem em detalhes como as galáxias se formam e como elas evoluíram desde logo após o Big Bang. Pela primeira vez, revela que a geometria do gás cósmico flui em torno das galáxias determina as estruturas das galáxias e vice-versa. Os pesquisadores publicam seus resultados em dois artigos na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Os astrônomos que executam simulações cosmológicas enfrentam uma troca fundamental: com poder computacional finito, as simulações típicas até agora foram muito detalhadas ou abrangeram um grande volume de espaço virtual, mas até agora não foram capazes de fazer as duas coisas. Simulações detalhadas com volumes limitados podem modelar não mais do que algumas galáxias, dificultando deduções estatísticas. As simulações de grandes volumes, por sua vez, normalmente carecem dos detalhes necessários para reproduzir muitas das propriedades de pequena escala que observamos em nosso próprio universo, reduzindo seu poder preditivo.
A simulação TNG50, que acaba de ser publicada, consegue evitar esse trade-off. Pela primeira vez, combina a ideia de uma simulação cosmológica em larga escala - um universo em uma caixa - com a resolução computacional das simulações de "zoom", em um nível de detalhe que antes só era possível para estudos de galáxias individuais.
Em um cubo simulado de espaço com mais de 230 milhões de anos-luz de diâmetro, o TNG50 pode discernir fenômenos físicos que ocorrem em escalas um milhão de vezes menores, rastreando a evolução simultânea de milhares de galáxias ao longo de 13,8 bilhões de anos de história cósmica. Ele o faz com mais de 20 bilhões de partículas representando matéria escura (invisível), estrelas, gás cósmico, campos magnéticos e buracos negros supermassivos. O cálculo em si exigiu 16.000 núcleos no supercomputador Hazel Hen em Stuttgart, trabalhando juntos, 24 horas por dia, 7 dias por semana, durante mais de um ano - o equivalente a quinze mil anos em um único processador, tornando-o um dos cálculos astrofísicos mais exigentes até hoje.
Vídeo: https://youtu.be/O674AZ_UKZk
Os primeiros resultados científicos do TNG50 são publicados por uma equipe liderada pela Dra. Annalisa Pillepich (Instituto de Astronomia Max Planck, Heidelberg) e Dr. Dylan Nelson (Instituto de Astrofísica Max Garck, Garching) e revelam fenômenos físicos imprevistos. De acordo com Nelson: "Experimentos numéricos desse tipo são particularmente bem-sucedidos quando você obtém mais do que investe. Em nossa simulação, vemos fenômenos que não foram programados explicitamente no código de simulação. Esses fenômenos surgem de maneira natural, a partir de a interação complexa dos ingredientes físicos básicos do nosso universo modelo".
O TNG50 apresenta dois exemplos proeminentes para esse tipo de comportamento emergente. A primeira diz respeito à formação de galáxias em "disco" como a nossa Via Láctea. Usando a simulação como uma máquina do tempo para rebobinar a evolução da estrutura cósmica, os pesquisadores viram como as galáxias de disco bem ordenadas e de rotação rápida (comuns em nosso Universo próximo) emergem de nuvens de gás caóticas, desorganizadas e altamente turbulentas. épocas anteriores.
À medida que o gás se acalma, estrelas recém-nascidas são normalmente encontradas em órbitas cada vez mais circulares, formando eventualmente galáxias espirais grandes - carrosséis galácticos. Annalisa Pillepich explica: "Na prática, o TNG50 mostra que nossa própria galáxia da Via Láctea, com seu disco fino, está no auge da moda das galáxias: nos últimos 10 bilhões de anos, pelo menos as galáxias que ainda estão formando novas estrelas se tornaram cada vez mais tipo disco, e seus movimentos internos caóticos diminuíram consideravelmente. O Universo era muito mais confuso quando tinha apenas alguns bilhões de anos! "
Evolução ao longo de algumas centenas de milhões de anos (de cima para baixo) do gás em torno de uma galáxia a partir da simulação TNG50, com um buraco negro super maciço ativo no centro. O buraco negro no centro desta galáxia está consumindo gás do ambiente e, ao fazê-lo, está gerando grandes quantidades de energia. A liberação dessa energia produz ventos ultrarrápidos, que se expandem rapidamente para longe da galáxia e aumentam de tamanho para se tornarem milhares de vezes maiores do que começaram. Essas saídas provocadas por buracos negros atingem velocidades de dezenas de milhares de quilômetros por segundo, têm temperaturas superiores a milhões de graus e carregam consigo quantidades abundantes de elementos pesados, como oxigênio, carbono e ferro. As quatro colunas mostram, da esquerda para a direita, a velocidade da evolução, temperatura, densidade e conteúdo de elementos pesados ao redor da galáxia. A própria galáxia é um disco frio (azul, segunda coluna) e denso (amarelo, terceira coluna) de gás formador de estrelas visível como uma pequena laje vertical no centro de cada imagem. Crédito: D. Nelson (MPA) e a equipe IllustrisTNG. Tipo de licençaAtribuição (CC BY 4.0)
À medida que essas galáxias se achatam, os pesquisadores descobrem outro fenômeno emergente, envolvendo as saídas de alta velocidade e os ventos de gás que fluem das galáxias. Isso foi lançado como resultado das explosões de estrelas massivas (supernovas) e da atividade de buracos negros supermassivos encontrados no coração das galáxias. As saídas gasosas galácticas também são inicialmente caóticas e fluem em todas as direções, mas, com o tempo, começam a se concentrar mais em um caminho de menor resistência.
No universo tardio, fluxos de galáxias assumem a forma de dois cones, emergindo em direções opostas - como dois cones de sorvete colocados ponta a ponta, com a galáxia girando no centro. Esses fluxos de material diminuem à medida que tentam deixar o poço gravitacional do halo de matéria invisível - ou escura - da galáxia, e podem eventualmente parar e recuar, formando uma fonte galáctica de gás reciclado. Esse processo redistribui o gás do centro de uma galáxia para seus arredores, acelerando ainda mais a transformação da própria galáxia em um disco fino: a estrutura galáctica molda as fontes galácticas e vice-versa.
A equipe de cientistas que criaram o TNG50 (com sede nos Institutos Max-Planck em Garching e Heidelberg, Universidade de Harvard, MIT e no Centro de Astrofísica Computacional (CCA)) acabará por liberar todos os dados de simulação para a comunidade astronômica em geral, bem como para o público. Isso permitirá que astrônomos de todo o mundo façam suas próprias descobertas no universo TNG50 - e possivelmente encontrem exemplos adicionais de fenômenos cósmicos emergentes, de ordem emergindo do caos.
Mais informações: Annalisa Pillepich et al. Primeiros resultados da simulação TNG50: a evolução de discos estelares e gasosos no tempo cósmico, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2019). DOI: 10.1093 / mnras / stz2338
Dylan Nelson et al. Primeiros resultados da simulação TNG50: fluxos galácticos impulsionados por supernovas e feedback de buracos negros, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2019). DOI: 10.1093 / mnras / stz2306
Informações da revista : Avisos mensais da Royal Astronomical Society
Fornecido pela Royal Astronomical Society
Obrigado pela sua visita e volte sempre!
HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica,
Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for Science andthePublic
(SSP) e assinante de conteúdoscientíficos da NASA (NationalAeronauticsand Space
Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa do
projeto S`CoolGroundObservation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (CloudsandEarth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The GlobeProgram / NASA
GlobeCloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela
NationalOceanicandAtmosphericAdministration (NOAA) e U.S DepartmentofState.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
Nenhum comentário:
Postar um comentário